EP2236920A2 - Zerstäubungsvorrichtung für flüssige Brennstoffe - Google Patents

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EP2236920A2
EP2236920A2 EP10151643A EP10151643A EP2236920A2 EP 2236920 A2 EP2236920 A2 EP 2236920A2 EP 10151643 A EP10151643 A EP 10151643A EP 10151643 A EP10151643 A EP 10151643A EP 2236920 A2 EP2236920 A2 EP 2236920A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fuel
compressed air
air flow
line
fuel line
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10151643A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2236920A3 (de
Inventor
Dirk Schulz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MHG Heiztechnik GmbH
Original Assignee
MHG Heiztechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MHG Heiztechnik GmbH filed Critical MHG Heiztechnik GmbH
Publication of EP2236920A2 publication Critical patent/EP2236920A2/de
Publication of EP2236920A3 publication Critical patent/EP2236920A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/10—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour
    • F23D11/106—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour medium and fuel meeting at the burner outlet
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/10—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour
    • F23D11/108—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour medium and fuel intersecting downstream of the burner outlet

Definitions

  • the invention relates to a sputtering device for atomizing liquid fuels, in particular fuel oil, for a boiler for liquid fuels.
  • Such atomizing devices are for example part of oil burners, which in turn are installed in oil boilers.
  • liquid fuels is understood to mean, in particular, the fuel oils obtained from the crude oil distillation.
  • suitable fuels such as, for example, methanol, vegetable-derived bio-oils or the like, may in principle also be included hereunder.
  • the fuel oil to be burned or the liquid fuel to be burned is atomized, d. H. the liquid is divided into fine droplets which, together with the surrounding gas, usually air, mix to form the combustion mixture to be burned in the combustion chamber of the boiler. Accordingly, the combustion mixture forms a kind of aerosol.
  • the atomization of the heating oil is carried out with the objective to produce the largest possible reactive liquid surface. For optimum combustion, the distribution of the droplets in the combustion mixture should be as uniform as possible.
  • pressure atomizers Known atomizing devices for oil burners of boilers are designed as so-called "pressure atomizers".
  • the heating oil is passed through a (atomizing) nozzle while applying relatively high pressures (eg 6 to 30 bar).
  • this nozzle is connected to an oil or fuel line and arrangements for pressure generation and control, such as pumps and valves.
  • a controller is needed to regulate the flow rate of oil atomized by the atomizing nozzle and subsequently burned in a combustion chamber.
  • the principle of pressure atomization is based on the fact that existing in the oil or fuel line pressure energy by introducing into a Nozzle is converted with respect to the line of smaller cross-section in kinetic energy, so that from the nozzle an oil jet, which consists of fine drops of oil emerges.
  • the Druckzerstäubungsdüse is usually behind a baffle plate or air aperture of the combustion chamber or burner tube of the burner and within a conduit or a channel into which air can be supplied via a fan arranged.
  • a baffle plate or air aperture of the combustion chamber or burner tube of the burner Through an opening in the baffle plate and arranged in the air duct or on the baffle plate ignition devices, the atomized oil can be sprayed into the burner chamber and burned.
  • the burner chamber is normally designed so that a gasification of the sprayed oil is produced by recirculation of the warm gases of combustion, whereby a very homogeneous treatment of the combustion mixture is favored, so that as a result of a small excess by appropriate control air, a nearly stoichiometric combustion takes place ,
  • the atomizing device has a compressed air line and a fuel line. Both lines have an inlet end and an outlet end, wherein the compressed air line inlet end with a compressed air generating device and the fuel line inlet end are connectable to a fuel reservoir.
  • lines any, suitable for the transport of liquid fuel or compressed air lines or hollow body can be used.
  • the lines can be basically formed with respect to length and diameter. Therefore, it would be possible to provide an extremely short line, which optionally consists only of an outlet opening out of the fuel reservoir or the like.
  • the fuel line according to the invention is under a lower pressure than the compressed air line or the compressed air flow and the Druck Kunststoff effetsaustrittsende and the fuel line exit end of the respective lines are arranged to each other such that a discharged from the Druck Kunststoff effetsaustrittsende compressed air flow from the fuel line exit end emerging fuel and atomized.
  • the sputtering device according to the invention comprises a compressed air line for generating a compressed air flow emerging from the compressed air line exit end of the compressed air line. By means of this compressed air flow, the atomization of the fuel takes place, wherein the compressed air flow at the same time provide at least a portion of the required combustion air of the combustion mixture available.
  • the fuel line exit end is to be arranged in such a way with respect to the compressed air flow, that the exiting fuel reaches the area of influence or influence of the compressed air flow and is divided by this into fine droplets.
  • the fuel line exit end can in principle be arranged both alongside and within the compressed air flow, as long as the fuel is detected and atomized by the compressed air jet.
  • defect is to be understood in the present case that in the arrangement of fuel line exit end and compressed air line exit end to each other must ensure that emerging from the fuel line exit end fuel in the compressed air jet or in the sphere of influence of the compressed air flow passes such that atomization is possible.
  • the fuel line exit end could be located at some distance from the compressed air flow, for example when the fuel leaving the fuel line exit end falls by gravity into the compressed air flow and is thus trapped there.
  • the pressure of the compressed air system is greater than that of the fuel system, it is ensured that a sufficient fragmentation of the fuel into small droplets and that the flow direction or - propagation of the combustion mixture is largely determined by the compressed air.
  • the fragmentation of the fuel into fine droplets and the mixing of fuel and combustion air are not within a nozzle or dedicated one Fuel chamber instead, as is the case in the prior art, but free of any spatial limitations outside both piping systems and only after leakage of fuel and compressed air from the respective piping system.
  • the fuel outlet opening or the fuel line exit end is at least not subject to wear to the extent that is the case with pressure atomizing nozzles. Rather, the use of nozzles in the present invention is basically not necessary, both for the compressed air and for the fuel line.
  • a cross-sectional reduction at the respective outlet ends by corresponding nozzles need not necessarily be provided. This is advantageous, in particular, for small firing capacities, since, for example, at outputs below 15 kW, conventional pressure atomizing nozzles achieve no or only poor quality atomization, which leads to high NOx and CO contents during combustion. Thus, the cleaning of the line outlet ends and thus the maintenance over known Druckzerstäubervorraumen is significantly simplified. Further eliminates the need for preheating oil at low firing rates or poor fuel quality, since the absence of a sputtering no high demands on the viscosity of the fuel must be made.
  • the atomizing device according to the invention always allows a very fine atomization of the fuel at different and in particular very low firing rates and thus also low fuel flow rates, which favors the evaporation and mixture preparation.
  • targeted, optimal mixing of the fuel with oxygen-carrying air is made possible by the use of compressed air, which has a further advantageous effect on the combustion process.
  • good internal combustion recirculation within the combustion chamber which is particularly necessary for blue flame burner.
  • the large proportion of compressed air in the combustion air of the combustion mixture contributes to achieving or maintaining the dynamics or flow velocity required for mixture preparation and pre-gasification.
  • the diameter of the flow cone in the region in which the combustion mixture is formed is relatively small, so that the atomization device can be arranged relatively close to the air aperture of the combustion chamber, or the air cover can be provided with a relatively small opening.
  • an ejector effect is achieved by higher flow velocities in the region of the air aperture.
  • the fuel line exit end of the fuel line is to be arranged in the influence of the compressed air flow, that due to the pressure difference between the compressed air flow and the fuel or the fast flowing past the fuel line exit end compressed air flow creates a negative pressure, which at least contributes to the fact that fuel from the Fuel line exit end exit.
  • the compressed air flow due to the pressure difference according to the ejector principle has a suction effect on the fuel line system and promotes the fuel out of this.
  • the required ejector effect is generated by the high exit velocity of the compressed air from the Druck Kunststofftechnischsaustrittsende. According to Bernoulli's law, the compressed air flowing rapidly past the fuel line exit end creates a dynamic pressure drop which leads to a negative pressure in the fuel line.
  • suction is to be understood in the present context such that due to the pressure gradient between compressed air flow and fuel lines, a negative pressure is created, which exerts on the fuel acting in the direction of the fuel line exit end force that contributes to the leakage of the fuel from the fuel line exit end.
  • This "suction” may possibly provide together with a (metering) pump in the fuel line system for the exit of the fuel or in isolation.
  • the fuel line is substantially depressurized.
  • the term "substantially depressurized” is to be understood in principle that the fuel line is pressurized only with a low pressure or not at all.
  • the compressed air system can be subjected to a pressure at any suitable height.
  • the compressed air line is under a pressure of 0.5 to 2 bar, preferably from 0.7 to 1.5 bar, particularly preferably 1 bar. In tests carried out by the Applicant, it has been found that good results can be achieved in these pressure ranges with respect to the atomization rate and a uniform burnout of the combustion mixture in the combustion chamber.
  • a free compressed air flow or free compressed air jet flows out of the compressed air line exit end, which is preferably designed as a free jet.
  • a free jet is understood as meaning a flow that emerges from a nozzle or another outlet opening, for example a pipe, which enters the local "free environment" without immediate wall boundary and spreads.
  • the compressed air flow emerging from the compressed air line exit end has a higher velocity than the ambient air and in particular also as the liquid fuel in the fuel line, whose fuel line exit end is arranged in the area of action of the compressed air flow.
  • the aforementioned regulating means comprise adjusting means, which are designed to adjust the distance between the fuel line exit end and the compressed air line exit end.
  • adjusting means may include, for example, a servomotor o. The like.
  • the fuel quantity regulating means may comprise a fuel flow regulating device, in particular a pump or the like.
  • the atomizing device according to the invention can be equipped with a fuel line system without any pump, i. H. at atmospheric pressure, operated.
  • a pump for example a metering pump
  • the pump is operated only with a low power and therefore generates only a low pressure, advantageously in the millibar range.
  • the fuel quantity regulating means may further comprise a compressed air flow regulating device.
  • a compressed air flow regulating device This can for example be designed as a throttle valve or as a control device for controlling the power of the compressed air generating device, such as a blower.
  • the throttle valve is infinitely adjustable.
  • the amount of compressed air supplied over the entire power range of the atomizing device is almost constant, whereby the spray cone or the spray pattern of combustible mixture to be sprayed into the burner chamber of a boiler barely changed, thereby making the overall ignition of the burner easier to master.
  • the present invention does not necessarily envisage the use of nozzles at the line exit ends.
  • a nozzle in particular a cone-shaped Nozzle, provided at the pressure line exit end and / or at the fuel line exit end.
  • the exit velocity of the compressed air flow can be increased by means of a nozzle at the pressure line exit end if the nozzle has a reduced cross section compared to the other compressed air line.
  • the negative pressure acting on the fuel line exit end can advantageously be increased without having to operate the compressed air generating device with a higher power.
  • the nozzle at the fuel line exit end can be advantageous in terms of a more accurate metering or a more controlled exit of the fuel from the line affect.
  • nozzles are provided at the compressed air and / or at the fuel line exit end, these are expediently aligned and designed such that the atomization of the fuel takes place by the compressed air jet outside the nozzle (s).
  • the purpose of the nozzles is thus only in the field of increasing the speed of the compressed air jet or improving the metering of the fuel outlet and they do not provide sputtering or mixing space o. The like. Rather, the atomization of the fuel straight from a free, unrestricted compressed air jet ,
  • the distance in the flow direction of the compressed air flow between the fuel line exit end and the compressed air line exit end is 0.1 to 5 mm, preferably 1 to 3 mm, particularly preferably 1.5 to 2.5 mm.
  • the distance between a center axis of the compressed air flow and the fuel line exit end is advantageously 0 to 2 mm, preferably 0.3 to 1 mm, particularly preferably 0.5 to 0.7 mm.
  • the fuel and the compressed air lines can be arranged coaxially, at least in regions, in particular in the region of the outlet ends of the two lines relative to one another.
  • the axial distance between the two outlet ends is to be selected such that the escaping fuel is detected by the compressed air jet, or there is a sufficient negative pressure in the fuel line.
  • means for generating a second air flow in addition to the compressed air generating means for generating the compressed air.
  • Such means may be formed, for example, by a blower or the like.
  • This second air flow is expediently fed to that area in which the fuel is atomized by the compressed air.
  • This introduced second air flow then forms the combustion mixture together with the compressed air of the compressed air flow and the divided fuel.
  • the second air flow is designed and arranged such that it at least partially surrounds the compressed air flow emerging from the compressed air line outlet end. This ensures that the compressed air flow or the flow of the combustion mixture in the combustion chamber is spatially limited or limited by the outside at least partially extending around the flow, second air flow. This results within the burner space a more symmetrical combustion with a better overall burnout. In other words, the spatial shape of the combustion mixture mist entering into the combustion chamber or the flame resulting after ignition is optimized by combustion technology by the second air flow.
  • the sputtering device at least partially disposed within a, in particular cylindrical, housing is, wherein the second air flow is so inflatable in the interior of the housing, which adjusts a helical air flow along the inner surface of the housing.
  • the second air flow is injected substantially tangentially to the inner surface of the housing through a corresponding opening in the housing.
  • the second air flow results in a particularly good combustion technology spatial form of the combustion mixture mist or the resulting flame.
  • the second air flow to a pressure of 3 to 15 mbar, more preferably from 4 to 12 mbar.
  • the housing may be formed both as a separate housing of the atomizing device, or an (oil) burner, in which the atomizing device is installed, as well as part of the boiler.
  • the sputtering device according to the invention is provided for installation in an oil burner.
  • oil burners are provided in boilers with a combustion chamber and an inlet opening, typically in an air shutter o. The like.,
  • the compressed air flow usually captures the fuel substantially already outside the combustion chamber, so that atomization and mixture formation already take place there. This process can then continue in the further course of flow within the combustion chamber, until finally has set a complete mixing.
  • the object of the invention is further achieved by a method for atomizing liquid fuels, in particular fuel oil, in which a compressed air flow is generated, a fuel reservoir is provided with liquid fuel, which is connected to a fuel line, wherein the fuel line a lower compared to the compressed air flow pressure, and wherein a fuel line exit end of the fuel lines is arranged in the compressed air streams in such a way that emerging from the fuel line exit end fuel is detected by the compressed air flow and atomized.
  • a pressure difference arises between the fuel line exit end and the compressed air flow, due to which the fuel is sucked in by the compressed air flow.
  • the distance between the fuel line exit end and the compressed air flow is changed and / or the pressure in the fuel line and / or the compressed air line changed and / or the fuel flow through the fuel line and / or or the compressed air flow through a compressed air line changed.
  • a second air flow is generated, which at least partially surrounds the compressed air flow and limits their extent spatially.
  • the fuel is atomized and at the same time receive a fuel-air mixture of the atomized fuel, the compressed air and optionally the ambient air. This is advantageously introduced into the combustion chamber of a boiler and ignited for combustion.
  • a pressure difference arises between the fuel line exit end and the compressed air flow, as a result of which the fuel is sucked in and atomized by the compressed air flow.
  • Fig. 1 shows a schematic side view of a sputtering device 100, which is used together with its housing 50 in a recess provided for this purpose 11a of a boiler 10.
  • the combustion chamber 11b of the boiler 10 adjoins the recess 11a, the combustion chamber 11b and the recess 11a being separated from one another by an air shutter 12.
  • the atomizing device 100 comprises a compressed-air line 20 and a fuel line 30 designed as a heating oil line.
  • the two lines 20, 30 emerge from the housing 50 of the atomizing device 100 with their inlet ends 22, 32.
  • the compressed air line inlet end 22 is connected to a compressed air generating device, such as a blower, connectable (not shown here).
  • the fuel line entry end 32 is connected to a fuel reservoir 37 (see Fig. 2 ). Both lines 20, 30 are attached to the housing 50 and the boiler 10 with suitable brackets (not shown here).
  • a nozzle 23 is provided, which converges conically towards the compressed air line exit end 21.
  • the compressed air line exit end 21 is arranged adjacent to an air aperture 121 of the air aperture 12 such that a compressed air flow 24 emerging from the compressed air line exit end 21 enters the combustion chamber 11 b of the boiler 10 essentially completely through the air aperture 21.
  • the compressed air line 20 extends essentially in a straight line from the compressed air line inlet end 22 to the compressed air line outlet end 21.
  • the fuel line 30 extends over long distances from the fuel line inlet end 32 to parallel to the compressed air line 20 and describes at the level of Druck Kunststoff GmbH fürsaustrittsendes 21 approximately 90 ° arc to the compressed air flow 24 out.
  • a nozzle 33 is provided, which converges toward the fuel line exit end 31 in the form of a cone.
  • the fuel line exit end 31 is located slightly below and to the left in the flow direction of the compressed air flow 24 with respect to the compressed air line exit end 21. Accordingly, a central axis of the nozzle 33 is arranged approximately orthogonal to a center axis of the nozzle 23.
  • the fuel line exit end 31 is in the area of action of the compressed air flow 24 such that the fast flowing at the fuel line exit end 31 compressed air flow 24 generates a negative pressure in the fuel line exit end 31.
  • the emerging fuel 35 is detected by the compressed air flow 24 and atomized by this, that is divided into fine droplets.
  • the divided fuel droplets mix with the compressed air flow and the ambient air generated by a second air flow 53 and together form the combustion mixture 40, which is sprayed through the air aperture 121 into the combustion chamber 11 b.
  • the sprayed combustion mixture 40 is ignited and burnt by means of an ignition device 13 attached to the side of the air shutter 12 facing the combustion chamber 11 b.
  • the second air flow 53 is supplied via an air supply 52, which is connected to a corresponding blower device o. The like. (Not shown here) and a cooperating with the air supply 52 housing opening 51 to the interior of the housing 50 and the recess 11 a of the boiler 10.
  • the second air flow is blown into the housing 50 or the recess 11a in such a way that a spiral or helical air flow 53 results, which flows obliquely forward from the housing opening 51 and along the outer wall in the form of a spiral in the direction of the combustion chamber 11b , This results in a line 20, 30 and in particular the compressed air flow 24 and the combustion mixture 40 enveloping second air flow 53.
  • This second enveloping air flow 53 limits the spatial extent of the combustion mixture 40 and the resulting flame and thus ensures a better burnout ,
  • the metering pump 34 of the fuel line 30 causes always fuel 35 is present in all areas of the fuel line 30. Further, the power of the metering pump 34 is sized so that some fuel flow exits the fuel line exit end 31. In principle, however, the fuel line exit end 31 could also be arranged further apart from the compressed air flow 24, so that the exit of the fuel takes place solely on the basis of the pumping capacity. It is important that the arrangement of the two outlet ends 21, 31 to each other is designed such that the emerging fuel 35 is detected and atomized by the compressed air flow 24.
  • Fig. 2a shows a hydraulic diagram of a fuel line 30 of a sputtering apparatus 100.
  • the fuel line 30 extends from a fuel reservoir 37 to a point where the conduit divides into a first bypass section 30a and a second bypass section 30b.
  • the first bypass section 30a has a pressure pump 34b with a subsequent throttle valve 36c arranged in the first bypass section 30a, while the second bypass section 30b comprises a throttle valve 36b.
  • the pressure pump 34a may be a well-known standard oil pump that pumps the oil at overpressure during operation.
  • the two bypass sections 30a, 30b join together again to form a single fuel line 30, in which a further throttle valve 36a is arranged.
  • the throttle valves 36a, 36b, 36c shown here have a fixed cross-sectional reduction. However, it is basically also possible to use adjustable throttle valves.
  • a nozzle 33 is arranged, which opens conically into the fuel line exit end 31.
  • the fuel pump 34b is adjustably configured so that corresponding changes in the pump pressure and the flow rate through the fuel line exit end 31 in conjunction with the bypass system and the throttle valves 36a, 36b, 36c can be regulated.
  • the throttle valve 36b ensures that before the throttle valve 36a a significantly lower pressure than the preselected pressure between the pump 34b and choke valve 36c and the desired amount of oil can be dosed more accurately. Furthermore, it prevents that not only fuel from the bypass section 30 b, but also from the fuel reservoir 37 is promoted.
  • the shut-off valve 38 which is electrically adjustable, the entire system, for example, in an emergency situation, be turned off.
  • Fig. 2b 3 shows a hydraulic circuit of an alternative fuel line system of a sputtering apparatus 100.
  • the fuel line 30 extends from the tank 37 to the nozzle 33 with the fuel line exit end 31 without bypass sections, thus providing only a single flow path from the tank 37 to the fuel line exit end 31.
  • the fuel line system has a metering pump 34a, by means of which the amount of fuel that emerges from the fuel line end 31, can be specified exactly.
  • the metering pump 34a may be preceded by a feed pump 34c, for example, if the fuel line 30 extends over a greater distance, so that the power of the metering pump 34a alone may not be sufficient.
  • the illustrated fuel delivery system includes as well as that Fig. 2a a shut-off valve 38.
  • Fig. 2c shows a hydraulic circuit of another alternative embodiment of a fuel line system.
  • the outlet of the fuel from the fuel line end 31 of the fuel line 30 is achieved in each case by the pumping power of a metering pump 34a and a pressure pump 34b, wherein the fuel outlet amount can be predetermined or metered by the respective design of the systems.
  • the fuel line system according to Fig. 2c a "self-priming system" in which the fuel exits from the fuel line end 31 solely by the negative pressure generated by the compressed air flow.
  • the buffer 39 is expediently provided with a level control function by means of which the cached fuel quantity is adjustable. From the cache 39, another fuel line section 30 extends to a nozzle 33 at the fuel exit end 31. In this section, a shut-off valve 38 is provided. Thus, no pump is provided on the fuel line section between the buffer 39 and the fuel line exit end 31, and the exit of the fuel from the fuel line exit end 31 must be solely due to the negative pressure generated from the outside.
  • Fig. 3 shows in side view an embodiment in which the compressed air line 20 and the fuel line 30, at least in the region of their outlet ends 21, 31, are arranged coaxially with each other.
  • the compressed air line 20 are located inside and the fuel line 30 outside, in the sense of a sheath, arranged.
  • a nozzle-like conical taper 23 is provided, after the passage of which the compressed air exits the line and forms the compressed-air flow 24.
  • the fuel line 30 passes a short distance in the axial direction over the Druck Kunststoffbuchtechnischsaustrittsende 21 before it opens into the fuel line exit end 31.
  • a nozzle is not provided at the fuel line exit end 31.
  • a negative pressure is generated in the region of the fuel line outlet end 31, which sucks in fuel 35 from the fuel line 30 into the compressed air flow 24.
  • Fig. 4 shows the two outlet ends 21, 31 of a further, coaxial embodiment, wherein in this embodiment, the two lines 20, 30 terminate flush to each other and tapering towards their outlet ends 21, 31 respectively conically.
  • a compressed air flow regulation device 26 in the form of a needle is provided in the compressed air line, which is displaceable in the axial direction. By moving the needle, the compressed air flow rate can be varied.
  • the needle can be manually and / or motor-displaced.
  • Fig. 5 schematically shows the arrangement of a compressed air line exit end 21 of a compressed air line 20 to a fuel line exit end 31 of a fuel line 30 of another embodiment of a sputtering device 100.
  • the Brennstoff effetsaustrittsende 31 is relative to the flow direction of the compressed air flow 24 and the axial direction of the compressed air line 20 at a distance 60 from the Druck Kunststoff effetsaustrittsende 21, respectively seen from the center of both outlet ends, arranged in the flow direction.
  • the fuel line exit end 31 has a distance 61 from a central axis 25 of the compressed air line 20.
  • the distance 61 may be, for example, 0.6 mm and the distance 60 may be, for example, 2 mm.

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Abstract

Um eine möglichst einfach aufgebaute Zerstäubungsvorrichtung zur Zerstäubung flüssiger Brennstoffe, insbesondere Heizöl, für einen Heizkessel für flüssige Brennstoffe, die auch bei kleinen Feuerungsleistungen eine gute Zerstäubungsqualität aufweist, zu erhalten, ist vorgesehen, dass die Zerstäubungsvorrichtung eine Druckluftleitung mit einem Druckluftleitungseintrittsende, welches mit einer Drucklufterzeugungseinrichtung verbindbar ist, und mit einem Druckluftleitungsaustrittsende sowie eine Brennstoffleitung mit einem Brennstoffleitungseintrittsende, welches mit einem Brennstoffreservoir verbindbar ist, und mit einem Brennstoffleitungsaustrittsende umfasst, wobei die Brennstoffleitung unter geringerem Druck steht als die Druckluftleitung, und wobei das Druckluftleitungsaustrittsende und das Brennstoffleitungsaustrittsende derart zueinander angeordnet sind, dass eine aus dem Druckluftleitungsaustrittsende austretende Druckluftströmung aus dem Brennstoffleitungsaustrittsende austretenden Brennstoff erfasst und zerstäubt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Zerstäubungsvorrichtung zur Zerstäubung flüssiger Brennstoffe, insbesondere Heizöl, für einen Heizkessel für flüssige Brennstoffe.
    • Stand der Technik
  • Derartige Zerstäubungsvorrichtungen sind beispielsweise Bestandteil von Ölbrennern, die wiederum in Ölheizkessel eingebaut werden. Unter dem Begriff "flüssige Brennstoffe" werden insbesondere die aus der Rohöldestillation gewonnenen Heizöle verstanden. Ferner können hierunter aber auch grundsätzlich andere geeignete Brennstoffe, wie beispielsweise Methanol, pflanzlich gewonnene Bioöle o. dgl. fallen. Mit Zerstäubungsvorrichtungen wird das zu verbrennende Heizöl bzw. der zu verbrennende flüssige Brennstoff zerstäubt, d. h. die Flüssigkeit wird in feine Tröpfchen zerteilt, die sich zusammen mit dem sie umgebenden Gas, in der Regel Luft, zu dem im Brennraum des Heizkessels zu verbrennenden Verbrennungsgemisch vermischen. Entsprechend bildet das Verbrennungsgemisch eine Art Aerosol. Die Zerstäubung des Heizöls erfolgt mit der Zielsetzung, eine möglichst große reaktive Flüssigkeitsoberfläche zu erzeugen. Für eine optimale Verbrennung sollte ferner eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Tröpfchen im Verbrennungsgemisch vorliegen.
  • Bekannte Zerstäubungsvorrichtungen für Ölbrenner von Heizkesseln sind als sogenannte "Druckzerstäuber" ausgebildet. Bei der Druckzerstäubung wird das Heizöl unter Beaufschlagung von relativ hohen Drücken (z. B. 6 bis 30 bar) durch eine (Zerstäubungs-)Düse geleitet. Hierfür ist diese Düse mit einer Öl- bzw. Brennstoffleitung und Anordnungen zur Druckerzeugung und -regelung, beispielsweise Pumpen und Ventile, verbunden. Zusätzlich wird eine Steuereinrichtung benötigt, um den Durchsatz an Öl, welches durch die Druckzerstäubungsdüse zerstäubt und im Anschluss in einem Brennraum verbrannt wird, zu regulieren. Das Prinzip der Druckzerstäubung basiert darauf, dass die in der Öl- bzw. Brennstoffleitung vorhandene Druckenergie durch das Einleiten in eine Düse mit gegenüber der Leitung geringerem Querschnitt in Bewegungsenergie umgesetzt wird, so dass aus der Düse ein Ölstrahl, der aus feinen Öltropfen besteht, austritt.
  • Die Druckzerstäubungsdüse ist zumeist hinter einer Stauscheibe bzw. Luftblende des Verbrennungsraumes bzw. Brennerrohrs des Brenners und innerhalb einer Leitung bzw. eines Kanals, in den über ein Gebläse Luft zugeführt werden kann, angeordnet. Durch eine Öffnung in der Stauscheibe und durch im Luftkanal oder an der Stauscheibe angeordnete Zündeinrichtungen kann das zerstäubte Öl in den Brennerraum eingesprüht und verbrannt werden. Der Brennerraum ist dabei normalerweise so ausgebildet, dass durch Rezirkulation der warmen Gase der Verbrennung eine Vergasung des eingesprühten Öls erzeugt wird, wodurch eine sehr homogene Aufbereitung des Verbrennungsgemisches begünstigt wird, so dass in Folge eines durch entsprechende Regelung gering gehaltenen Luftüberschusses eine nahezu stöchiometrische Verbrennung erfolgt.
  • Bei derartigen Druckzerstäubungsvorrichtungen müssen grundsätzlich solche Bauteile verwendet werden, die für die zum Teil vorherrschenden großen Drücke ausgelegt sind, d. h. die Bauteile müssen mit hoher Präzision und sehr geringen Querschnitten für kleine Volumenströme gefertigt sein. Hierdurch wird die Herstellung derartiger Zerstäubungsvorrichtungen relativ kostenintensiv und die Empfindlichkeit im Bezug auf Verschmutzungen nimmt stark zu. Zugleich ergibt sich eine relativ große Baugröße, da die einzelnen Komponenten, beispielsweise Ölpumpen, für eine hohe Leistung ausgelegt sein müssen. Ferner müssen bei modernen Heizkesseln mit hohen Wirkungsgraden häufig nur noch relativ kleine Ölmengen zu einem gegebenen Zeitpunkt zerstäubt und verbrannt werden. Entsprechend müssen bei Druckzerstäubern Zerstäubungsdüsen mit sehr kleinen Querschnitten verwendet werden, so dass normales Heizöl unter Umständen nicht mehr die für die Druckzerstäubung notwendige Viskosität aufweist. Daher wird zusätzlich eine Vorwärmung des Heizöles zur Senkung der Viskosität notwendig, was zu einer komplexeren und teueren Gesamtanordnung führt. Ferner ist es mit den konventionellen Gebläsen der bekannten Druckzerstäubungsvorrichtungen häufig schwierig, bei äußerst geringen Feuerungsleistungen die notwendige, verbrennungsinterne Rezirkulation innerhalb des Brennerraumes aufrechtzuerhalten.
    • Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
  • Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Zerstäubungsvorrichtung zur Zerstäubung flüssiger Brennstoffe für einen Heizkessel für flüssige Brennstoffe anzugeben, die zum einen einfach und kostengünstig herzustellen ist und zum anderen auch bei geringeren Feuerungsleistungen des Heizkessels noch eine gute Verbrennungsqualität sicherstellt.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Zerstäubungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
  • Demnach weist die erfindungsgemäße Zerstäubungsvorrichtung eine Druckluftleitung sowie eine Brennstoffleitung auf. Beide Leitungen weisen ein Eintrittsende und ein Austrittsende auf, wobei das Druckluftleitungseintrittsende mit einer Drucklufterzeugungseinrichtung und das Brennstoffleitungseintrittsende mit einem Brennstoffreservoir verbindbar sind. Als Leitungen können jedwede, zum Transport von flüssigem Brennstoff bzw. Druckluft geeigneten Leitungen bzw. Hohlkörper verwendet werden. Auch können die Leitungen bezüglich Länge und Durchmesser grundsätzlich beliebig ausgebildet sein. Daher wäre es möglich, eine äußerst kurze Leitung vorzusehen, die gegebenenfalls nur aus einer Austrittsöffnung aus dem Brennstoffreservoir heraus o. dgl. besteht.
  • Ferner steht die Brennstoffleitung erfindungsgemäß unter einem geringeren Druck als die Druckluftleitung bzw. die Druckluftströmung und das Druckluftleitungsaustrittsende und das Brennstoffleitungsaustrittsende der jeweiligen Leitungen sind derart zueinander angeordnet, dass eine aus dem Druckluftleitungsaustrittsende austretende Druckluftströmung aus dem Brennstoffleitungsaustrittsende austretenden Brennstoff erfasst und zerstäubt. Im Gegensatz zu den vorgenannten, aus dem Stand der Technik bekannten Zerstäubungsvorrichtungen, umfasst die erfindungsgemäße Zerstäubungsvorrichtung eine Druckluftleitung zur Erzeugung einer aus dem Druckluftleitungsaustrittsende der Druckluftleitung austretenden Druckluftströmung. Mittels dieser Druckluftströmung erfolgt die Zerstäubung des Brennstoffes, wobei die Druckluftströmung gleichzeitig zumindest einen Teil der benötigten Verbrennungsluft des Verbrennungsgemisches zur Verfügung stellen.
  • Das Brennstoffleitungsaustrittsende ist derart gegenüber der Druckluftströmung anzuordnen, dass der austretende Brennstoff in den Wirkungs- bzw. Einflussbereich der Druckluftströmung gelangt und von dieser in feine Tröpfchen zerteilt wird. Hierfür kann das Brennstoffleitungsaustrittsende grundsätzlich sowohl neben als auch innerhalb der Druckluftströmung angeordnet sein, solange der Brennstoff von dem Druckluftstrahl erfasst und zerstäubt wird.
  • Unter dem Ausdruck "erfasst" ist vorliegend zu verstehen, dass bei der Anordnung von Brennstoffleitungsaustrittsende und Druckluftleitungsaustrittsende zueinander gewährleistet sein muss, dass der aus dem Brennstoffleitungsaustrittsende austretende Brennstoff in den Druckluftstrahl bzw. in den Einflussbereich der Druckluftströmung derart gelangt, dass eine Zerstäubung ermöglicht wird. Hierfür ist es grundsätzlich unerheblich, ob das Brennstoffleitungsaustrittsende in der Druckluftströmung oder benachbart hierzu angeordnet ist. Auch könnte das Brennstoffleitungsaustrittsende in einiger Entfernung zur Druckluftströmung angeordnet sein, wenn beispielsweise der aus dem Brennstoffleitungsaustrittsende austretende Brennstoff mittels Schwerkraft in die Druckluftströmung fällt bzw. tropft und so von dieser erfasst wird.
  • Dadurch, dass der Druck des Druckluftsystems größer ist als der des Brennstoffsystems, wird sichergestellt, dass eine ausreichende Zerteilung des Brennstoffes in kleine Tröpfchen erfolgt und dass die Strömungsrichtung bzw. - ausbreitung des Verbrennungsgemisches maßgeblich durch die Druckluft bestimmt wird. Ferner findet bei der vorliegenden Erfindung die Zerteilung des Brennstoffes in feine Tröpfchen und die Vermischung von Brennstoff und Verbrennungsluft nicht innerhalb einer Düse oder einer dafür besonders vorgesehenen Brennstoffkammer statt, wie dies beim Stand der Technik der Fall ist, sondern frei von jeglichen räumlichen Begrenzungen außerhalb beider Leitungssysteme und erst nach Austritt von Brennstoff und Druckluft aus dem jeweiligen Leitungssystem.
  • Vorteilhaft bei der vorliegenden Erfindung ist u. a., dass durch die gegenüber einer Druckzerstäubungsvorrichtung geringeren Drücke innerhalb des Brennstoffleitungssystems sehr viel kostengünstigere und flexiblere Materialien verwendet werden können. Auch unterliegt die Brennstoffaustrittsöffnung bzw. das Brennstoffleitungsaustrittsende zumindest nicht in dem Ausmaße einem Verschleiß wie dies bei Druckzerstäuberdüsen der Fall ist. Vielmehr ist die Verwendung von Düsen bei der vorliegenden Erfindung grundsätzlich nicht notwendig, sowohl für die Druckluft- als auch für die Brennstoffleitung.
  • Eine Querschnittsverringerung an den jeweiligen Austrittsenden durch entsprechende Düsen muss nicht zwingend vorgesehen sein. Dies ist insbesondere für kleine Feuerungsleistungen vorteilhaft, da beispielsweise bei Leistungen unter 15 kW herkömmliche Druckzerstäuberdüsen keine oder nur eine qualitativ schlechte Zerstäubung, die zu hohen NOx- und CO-Gehalten bei der Verbrennung führt, erreichen. Somit wird auch die Reinigung der Leitungsaustrittsenden und damit die Wartung gegenüber bekannten Druckzerstäubervorrichtungen deutlich vereinfacht. Ferner entfällt die Notwendigkeit einer Ölvorerwärmung bei geringen Feuerungsraten oder schlechter Brennstoffqualität, da durch das Nichtvorhandensein einer Zerstäubungsdüse keine hohen Ansprüche an die Viskosität des Brennstoffes gestellt werden müssen.
  • Die erfindungsgemäße Zerstäubungsvorrichtung ermöglicht bei unterschiedlichen und insbesondere sehr geringen Feuerungsleistungen und damit auch geringen Brennstoffdurchflussmengen immer eine sehr feine Zerstäubung des Brennstoffes, was die Verdampfung und Gemischaufbereitung begünstigt. Gleichzeitig wird durch die Verwendung von Druckluft eine gezielte, optimale Durchmischung des Brennstoffes mit sauerstofftragender Luft ermöglicht, was sich weiter vorteilhaft auf den Verbrennungsvorgang auswirkt. Auch wird eine gute verbrennungsinterne Rezirkulation innerhalb des Brennraumes erreicht, was insbesondere für Blaubrenner erforderlich ist. Insbesondere bei geringen Feuerungsleistungen trägt der große Anteil der Druckluft an der Verbrennungsluft des Verbrennungsgemisches dazu bei, die zur Gemischaufbereitung und Vorvergasung benötigte Dynamik bzw. Strömungsgeschwindigkeit zu erreichen bzw. aufrechtzuerhalten.
  • Dadurch, dass für das Brennstoffleitungssystem keine oder nur geringe Drücke erzeugt werden müssen, ist bei der erfindungsgemäßen Zerstäubungsvorrichtung im Gegensatz zum Stand der Technik keine oder nur eine Pumpe mit geringer Leistung bzw. geringerer Drehzahl für das Brennstoffleitungssystem notwendig. Entsprechend können die Baugröße der Pumpe sowie die davon abhängigen Betriebskosten reduziert werden. Ferner ist es bei bekannten Verbrennungssystemen, die mit geringer Feuerungsleistung betrieben werden sollen, häufig notwendig, dass Öl vorzuverdampfen, was zu erhöhten Verrußungen, Ölrückständen an den Mischeinrichtungen sowie erhöhtem Energiebedarf führen kann. Da durch die Verwendung von Druckluft zur Zerteilung des Brennstoffes in feinste Tröpfchen auch bei geringen Brennstoffmengen stets eine optimale Zerteilung möglich ist, stellen sich die aus dem Stand der Technik bekannten, vorgenannten Auswirkungen bei kleinen Feuerungsleistungen bei der erfindungsgemäßen Zerstäubungsvorrichtung nicht ein. Durch die Verwendung von Druckluft stellt sich direkt im Anschluss an die Zerstäubung bzw. Zerteilung des Brennstoffes eine Vermischung der einzelnen Tröpfchen mit der Druckluft und der, gegebenenfalls durch ein konventionelles Gebläse o. dgl., zur Verfügung gestellten Umgebungsluft zur Bildung eines Verbrennungsgemisches ein.
  • Bis sich eine zur Verbrennung ausreichende Vermischung der Komponenten zum Verbrennungsgemisch einstellt, legt der Brennstoff nach Austritt aus dem Brennstoffleitungsaustrittsende einen sehr viel kürzen Weg zurück, als dies bei aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen der Fall ist. Entsprechend ist der Durchmesser des Strömungskegels in dem Bereich, in dem das Verbrennungsgemisch entsteht, relativ gering, so dass die Zerstäubungsvorrichtung relativ dicht an der Luftblende des Verbrennungsraumes angeordnet sein kann, bzw. die Luftblende mit einer relativ kleinen Öffnung versehen werden kann. Hierdurch ergibt sich zum einen eine kompaktere Ausbildung der Zerstäubungsvorrichtung und zum anderen verbessert sich das Betriebsverhalten durch die kleine Luftblendenöffnung beim Auftreten von Druckschwankungen im Verbrennungsraum. Zusätzlich wird eine Ejektorwirkung durch höhere Strömungsgeschwindigkeiten im Bereich der Luftblendenöffnung erreicht.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Brennstoffleitungsaustrittsende der Brennstoffleitung derart im Einflussbereich der Druckluftströmung anzuordnen, dass aufgrund des Druckunterschiedes zwischen der Druckluftströmung und dem Brennstoff bzw. der schnell am Brennstoffleitungsaustrittsende vorbeiströmende Druckluftströmung ein Unterdruck entsteht, der zumindest mit dazu beiträgt, dass Brennstoff aus dem Brennstoffleitungsaustrittsende austritt. Mit anderen Worten hat die Druckluftströmung aufgrund des Druckunterschiedes nach dem Ejektor-Prinzip eine ansaugende Wirkung auf das Brennstoffleitungssystem und fördert den Brennstoff aus diesem hervor. Die erforderliche Ejektorwirkung wird durch die hohe Austrittsgeschwindigkeit der Druckluft aus dem Druckluftleitungsaustrittsende erzeugt. Gemäß dem Gesetz von Bernoulli entsteht durch die schnell an dem Brennstoffleitungsaustrittsende vorbeiströmende Druckluft ein dynamischer Druckabfall, der zu einem Unterdruck in der Brennstoffleitung führt.
  • Der Begriff "Ansaugen" ist im vorliegenden Zusammenhang derart zu verstehen, dass aufgrund des Druckgefälles zwischen Druckluftströmung und Brennstoffleitungen ein Unterdruck entsteht, der auf den Brennstoff eine in Richtung des Brennstoffleitungsaustrittsendes wirkende Kraft ausübt, die zum Austreten des Brennstoffes aus dem Brennstoffleitungsaustrittsende beiträgt. Diese "Saugkraft" kann gegebenenfalls zusammen mit einer (Dosier-)Pumpe im Brennstoffleitungssystem für den Austritt des Brennstoffes sorgen oder auch in Alleinstellung.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Brennstoffleitung im Wesentlichen drucklos. Hierdurch ist es möglich, kostengünstige und einfache konventionelle Bauteile für die Zerstäubungsvorrichtung zu verwenden, die nicht beständig gegenüber höheren Drücken sein müssen. Unter der Formulierung "im Wesentlichen drucklos" ist grundsätzlich zu verstehen, dass die Brennstoffleitung nur mit einem geringen Druck oder gar nicht mit Druck beaufschlagt ist. Insbesondere ist vorteilhaft, dass die Brennstoffleitung mit einem geringen Druck von 5 bis 200 mbar, bevorzugt von 20 bis 150 mbar, besonders bevorzugt von 50 bis 100 mbar beaufschlagt ist.
  • Grundsätzlich kann das Druckluftsystem mit einem Druck in jeder geeigneten Höhe beaufschlagt sein. Insbesondere steht die Druckluftleitung unter einem Druck von 0,5 bis 2 bar, bevorzugt von 0,7 bis 1,5 bar, besonders bevorzugt von 1 bar. Bei von der Anmelderin durchgeführten Versuchen hat sich ergeben, dass in diesen Druckbereichen in Bezug auf die Zerstäubungsrate sowie einen gleichmäßigen Ausbrand des Verbrennungsgemisches im Brennraum gute Ergebnisse erzielt werden können.
  • Bei der vorliegenden Erfindung ist es im Gegensatz zum Stand der Technik nicht notwendig, dass die Zerstäubung des Brennstoffes innerhalb einer Düse oder einer Zerstäubungskammer oder eines sonstigen Gehäuses erfolgt. Vielmehr strömt aus dem Druckluftleitungsaustrittsende eine freie Druckluftströmung bzw. freier Druckluftstrahl aus, der bevorzugterweise als Freistrahl ausgebildet ist. Unter einem Freistrahl wird im vorliegenden Zusammenhang eine Strömung, die aus einer Düse oder einer sonstigen Austrittsöffnung, beispielsweise einer Leitung, austritt, verstanden, welche in die lokale "freie Umgebung" ohne unmittelbare Wandbegrenzung eintritt und sich ausbreitet. Die aus dem Druckluftleitungsaustrittsende austretende Druckluftströmung hat eine höhere Geschwindigkeit als die Umgebungsluft und insbesondere auch als der flüssige Brennstoff in der Brennstoffleitung, deren Brennstoffleitungsaustrittsende im Wirkungsbereich der Druckluftströmung angeordnet ist. Hierdurch entsteht zwischen Druckluftströmung und Umgebungsluft sowie gegebenenfalls dem Brennstoffleitungsaustrittsende eine Grenz- bzw. Scherschicht als Folge eines Differenzdruckes. In dieser Grenzschicht wird der flüssige Brennstoff aus dem Brennstoffleitungsaustrittsende und auch die Umgebungsluft in die Druckluftströmung hineingesaugt und von dieser mitgerissen, wobei der flüssige Brennstoff zerstäubt, d. h. in feinste Tröpfchen zerteilt wird. Hierdurch kann vorteilhafterweise eine optimale Zerteilung des Brennstoffes in feine Tröpfchen und eine gute Durchmischung des Verbrennungsgemisches erreicht werden.
  • Ferner ist es zweckmäßig, Mittel vorzusehen, mittels dessen reguliert werden kann, wie viel Brennstoff von der Druckluftströmung zu einem gegebenen Zeitpunkt zerstäubt wird. Mit anderen Worten kann durch diese Mittel der Durchfluss des Brennstoffes an die gewünschte Feuerungsleistung des Heizkessels angepasst werden. Entsprechend ist es hierdurch im Zusammenspiel mit dem gleichzeitigen Bereitstellen einer konstanten Druckluftströmung möglich, eine gleichbleibend hohe Zerstäubungsgüte bei variierenden Brennstoffmengenströmen und somit einen leistungsmodulierenden Betrieb, bis hin zu sehr geringen Feuerungsleistungen bei gleichbleibender Verbrennungsqualität, zu erreichen.
  • Beispielsweise können die vorgenannten Regulierungsmittel Verstellmittel umfassen, die zur Verstellung des Abstandes zwischen Brennstoffleitungsaustrittsende und Druckluftleitungsaustrittsende ausgebildet sind. Derartige Verstellmittel können beispielsweise einen Stellmotor o. dgl. umfassen, mittels dessen entweder das Brennstoffleitungsaustrittsende oder das Druckluftleitungsaustrittsende oder beide verfahrbar sind. Dabei können je nach Ausbildung der Zerstäubungsvorrichtung bzw. Anordnung des Brennstoffleitungsaustrittsendes und des Druckluftleitungsaustrittsendes zueinander, die beiden Austrittsenden entlang einer Geraden zwischen beiden Austrittsenden oder auch seitlich hierzu verfahrbar sein. Durch die Verstellung des Abstandes wird der auf das Brennstoffleitungsaustrittsende wirkende Unterdruck bzw. Sogeffekt in seiner Höhe verändert, wodurch sich auch die Brennstoffaustrittsmenge (Durchflussmenge des Brennstoffes) entsprechend ändert.
  • Alternativ oder zusätzlich können die Brennstoffmengenregulierungsmittel eine Brennstoffstromregulierungseinrichtung, insbesondere eine Pumpe o. dgl., umfassen. Grundsätzlich kann die erfindungsgemäße Zerstäubungsvorrichtung mit einem Brennstoffleitungssystem ohne jedwede Pumpe, d. h. bei Atmosphärendruck, betrieben werden. Es ist jedoch bevorzugt, eine Pumpe, beispielsweise eine Dosierpumpe, in dem Brennstoffleitungssystem vorzusehen, um sicherzustellen, dass stets ausreichend Brennstoff in der Leitung steht und insbesondere kontinuierlich, unbeeinflusst durch eventuelle Druckschwankungen im Bereich des Brennraumes- oder Aufstellraumes, bis zum Brennstoffleitungsaustrittsende gefördert wird. Vorteilhafterweise wird die Pumpe jedoch nur mit einer geringen Leistung betrieben und erzeugt daher nur einen geringen Druck, vorteilhafterweise im Millibarbereich. Durch entsprechende Regelung der Pumpe und die daraus folgenden Veränderungen der Pumpenleistungen kann der Druck im Brennstoffleitungssystem und somit auch die Brennstoffaustrittsmenge angepasst werden.
  • Weiterhin kann alternativ oder zusätzlich das Brennstoffmengenregulierungsmittel ferner eine Druckluftstromregulierungseinrichtung umfassen. Diese kann beispielsweise als Drosselventil oder auch als Steuereinrichtung für die Steuerung der Leistung der Drucklufterzeugungseinrichtung, beispielsweise ein Gebläse, ausgebildet sein. Bevorzugterweise ist das Drosselventil stufenlos verstellbar ausgebildet.
  • Wird die erste oder zweite Alternative für ein Regulierungsmittel verwendet, ist die zugeführte Druckluftmenge über den gesamten Leistungsbereich der Zerstäubungsvorrichtung nahezu konstant, wodurch sich der Sprühkegel bzw. das Sprühbild des in den Brennerraum eines Heizkessels einzusprühenden Verbrennungsgemisches kaum verändert und dadurch das Zündverhalten des Brenners insgesamt einfacher zu beherrschen ist.
  • Wie bereits vorstehend erwähnt, sieht die vorliegende Erfindung die Verwendung von Düsen an den Leitungsaustrittsenden nicht zwingend vor. In einer bevorzugten Ausführungsform ist jedoch eine Düse, insbesondere eine kegelförmige Düse, am Druckleitungsaustrittsende und/oder am Brennstoffleitungsaustrittsende vorgesehen. Durch eine Düse am Druckleitungsaustrittsende kann insbesondere die Austrittsgeschwindigkeit der Druckluftströmung erhöht werden, wenn die Düse gegenüber der sonstigen Druckluftleitung einen verringerten Querschnitt aufweist. Hierdurch kann vorteilhafterweise der auf das Brennstoffleitungsaustrittsende wirkende Unterdruck verstärkt werden, ohne die Drucklufterzeugungseinrichtung mit einer höheren Leistung betreiben zu müssen. Die Düse am Brennstoffleitungsaustrittsende kann sich vorteilig bezüglich einer exakteren Dosierung oder auch eines kontrollierteren Austrittes des Brennstoffes aus der Leitung auswirken.
  • Bei der vorgenannten Ausführungsform, bei der Düsen am Druckluft- und/oder am Brennstoffleitungsaustrittsende vorgesehen sind, sind diese zweckmäßigerweise derart ausgerichtet und ausgebildet, dass die Zerstäubung des Brennstoffes durch den Druckluftstrahl außerhalb der Düse(n) erfolgt. Der Zweck der Düsen liegt somit einzig im Bereich der Erhöhung der Geschwindigkeit des Druckluftstrahles bzw. der Verbesserung der Dosierung des Brennstoffaustrittes und diese bieten keinen Zerstäubungs- oder Vermischungsraum o. dgl. Vielmehr soll die Zerstäubung des Brennstoffes gerade von einem freien, nicht eingeschränkten Druckluftstrahl erfolgen.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beträgt der Abstand in Strömungsrichtung der Druckluftströmung zwischen dem Brennstoffleitungsaustrittsende und dem Druckluftleitungsaustrittsende 0,1 bis 5 mm, bevorzugt 1 bis 3 mm, besonders bevorzugt 1,5 bis 2,5 mm. Darüber hinaus beträgt der Abstand zwischen einer Mittelachse der Druckluftströmung und dem Brennstoffleitungsaustrittsende vorteilhafterweise 0 bis 2 mm, bevorzugt 0,3 bis 1 mm, besonders bevorzugt 0,5 bis 0,7 mm. Durch die Durchführung von Versuchen hat die Anmelderin festgestellt, dass sich bei den oben genannten Abständen besonders gute Zerstäubungsraten und Eigenschaften des Verbrennungsgemisches einstellen. Insbesondere kann bei einer derartigen Ausführungsform die Mittelachse des Brennstoffleitungsaustrittsendes in etwa senkrecht zur Mittelachse der Druckluftströmung bzw. des Druckluftleitungsaustrittsendes angeordnet sein.
  • Grundsätzlich ist aber auch eine Anordnung der beiden Mittelachsen unter einem Winkel zueinander denkbar.
  • Ferner können die Brennstoff- und die Druckluftleitungen zumindest bereichsweise koaxial, insbesondere im Bereich der Austrittsenden der beiden Leitungen, zueinander angeordnet sein. Hierbei ist der axiale Abstand zwischen den beiden Austrittsenden derart zu wählen, dass der austretende Brennstoff vom Druckluftstrahl erfasst wird, bzw. sich ein ausreichender Unterdruck in der Brennstoffleitung ergibt.
  • Grundsätzlich ist es vorteilhaft, zusätzlich zu den Drucklufterzeugungsmitteln für die Erzeugung der Druckluft Mittel zur Erzeugung einer zweiten Luftströmung vorzusehen. Derartige Mittel können beispielsweise von einem Gebläse o. dgl. gebildet werden. Diese zweite Luftströmung wird zweckmäßigerweise demjenigen Bereich zugeführt, in dem der Brennstoff von der Druckluft zerstäubt wird. Diese eingeleitete zweite Luftströmung bildet dann zusammen mit der Druckluft der Druckluftströmung und dem zerteilten Brennstoff das Verbrennungsgemisch.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist nun vorgesehen, dass die zweite Luftströmung derart ausgebildet und angeordnet ist, dass sie die aus dem Druckluftleitungsaustrittsende austretende Druckluftströmung zumindest teilweise umgibt. Hierdurch wird erreicht, dass die Druckluftströmung bzw. die Strömung des Verbrennungsgemisches in den Brennraum hinein durch die außen zumindest teilweise um den Strom herum verlaufende, zweite Luftströmung räumlich eingeschränkt bzw. begrenzt wird. Hierdurch ergibt sich innerhalb des Brennerraumes eine symmetrischere Verbrennung mit einem insgesamt besseren Ausbrand. Mit anderen Worten wird die räumliche Form des in den Brennraum eintretenden Verbrennungsgemischnebels bzw. der nach Zündung entstehenden Flamme durch die zweite Luftströmung verbrennungstechnisch optimiert.
  • Hierfür ist es besonders bevorzugt, dass die Zerstäubungsvorrichtung zumindest teilweise innerhalb eines, insbesondere zylinderförmigen, Gehäuses angeordnet ist, wobei die zweite Luftströmung derart in den Innenraum des Gehäuses einblasbar ist, das sich eine schraubenförmige Luftströmung entlang der Innenoberfläche des Gehäuses einstellt. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die zweite Luftströmung im Wesentlichen tangential zur Innenoberfläche des Gehäuses durch eine entsprechende Öffnung im Gehäuse eingeblasen wird. Durch eine derart ausgebildete zweite Luftströmung ergibt sich eine verbrennungstechnisch besonders gute räumliche Form des Verbrennungsgemischnebels bzw. der daraus entstehenden Flamme. Bevorzugt weist die zweite Luftströmung einen Druck von 3 bis 15 mbar, besonders bevorzugt von 4 bis 12 mbar auf. Das Gehäuse kann sowohl als separates Gehäuse der Zerstäubungsvorrichtung, bzw. eines (ÖI-)Brenners, in dem die Zerstäubungsvorrichtung installiert ist, als auch als Teil des Heizkessels ausgebildet sein.
  • Insbesondere bei einem Brennstoffleitungssystem, das eine Pumpe aufweist, ist es gemäß einer weiteren Ausführungsform bevorzugt, wenn im Brennstoffleitungssystem ein oder mehrere Drosselventile bzw. Blenden vorgesehen sind. Hierdurch wird der durch die Pumpe erzeugte hohe Überdruck in einen konstanten Volumenstrom bei geringem Druck umgewandelt.
  • Bevorzugterweise wird die erfindungsgemäße Zerstäubungsvorrichtung zum Einbau in einen Ölbrenner vorgesehen. Derartige Ölbrenner werden in Heizkesseln mit einem Brennraum und einer Eintrittsöffnung, typischerweise in einer Luftblende o. dgl., zum Eintritt des Brennstoffluftgemisches in den Brennraum, vorgesehen. Die Druckluftströmung erfasst den Brennstoff normalerweise im Wesentlichen bereits außerhalb des Brennraumes, so dass schon dort eine Zerstäubung und Gemischbildung stattfindet. Dieser Prozess kann sich dann im weiteren Strömungsverlauf auch innerhalb des Brennraumes fortsetzen, bis sich schließlich eine vollständige Vermischung eingestellt hat.
  • Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren zur Zerstäubung flüssiger Brennstoffe, insbesondere Heizöl, gelöst, bei dem eine Druckluftströmung erzeugt wird, ein Brennstoffreservoir mit flüssigem Brennstoff vorgesehen wird, welches mit einer Brennstoffleitung verbunden ist, wobei die Brennstoffleitung einem im Vergleich zur Druckluftströmung geringeren Druck aufweist, und bei dem ein Brennstoffleitungsaustrittsende der Brennstoffleitungen derart im Bereich der Druckluftströme angeordnet wird, dass aus dem Brennstoffleitungsaustrittsende austretender Brennstoff von der Druckluftströmung erfasst und zerstäubt wird. Vorteilhafterweise stellt sich zwischen dem Brennstoffleitungsaustrittsende und der Druckluftströmung eine Druckdifferenz ein, aufgrund deren der Brennstoff von der Druckluftströmung angesaugt wird.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird zur Regulierung der von der Druckluftströmung zerstäubten Brennstoffmenge der Abstand zwischen dem Brennstoffleitungsaustrittsende und der Druckluftströmung verändert, und/oder der Druck in der Brennstoffleitung und/oder der Druckluftleitung verändert, und/oder der Brennstoffdurchfluss durch die Brennstoffleitung und/oder der Druckluftdurchfluss durch eine Druckluftleitung verändert. Darüber hinaus wird vorteilhafterweise eine zweite Luftströmung erzeugt, die die Druckluftströmung zumindest teilweise umgibt und deren Ausdehnung räumlich eingrenzt.
  • Durch das vorstehend beschriebene Verfahren wird der Brennstoff zerstäubt und gleichzeitig ein Brennstoffluftgemisch aus dem zerstäubten Brennstoff, der Druckluft und gegebenenfalls der Umgebungsluft erhalten. Dieses wird vorteilhafterweise in den Brennraum eines Heizkessels eingeleitet und zur Verbrennung gezündet.
  • Ferner wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch ein Verbrennungsgemisch, bestehend aus einem zerstäubten, flüssigen Brennstoff, insbesondere Heizöl und Luft, zur Verbrennung in einem Heizkessel, gelöst, welches erhältlich ist durch
    1. a.) Erzeugen einer Druckluftströmung;
    2. b.) Vorsehen eines Brennstoffreservoirs mit flüssigem Brennstoff, welches mit einer Brennstoffleitung verbunden ist, wobei die Brennstoffleitung einen im Vergleich zur Druckluftströmung geringeren Druck aufweist;
    3. c.) Anordnen eines Brennstoffleitungsaustrittsendes der Brennstoffleitung im Bereich der Druckluftströmung derart, dass aus dem Brennstoffleitungsaustrittsende austretender Brennstoff von dem Druckluftstrahl erfasst und zerstäubt wird.
  • Vorteilhafterweise stellt sich zwischen dem Brennstoffleitungsaustrittsende und der Druckluftströmung eine Druckdifferenz ein, aufgrund deren der Brennstoff von der Druckluftströmung angesaugt und zerstäubt wird.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen schematisch:
    • Fig. 1
    eine Seitenansicht einer in einem Heizkessel installierten Zerstäu- bungsvorrichtung;
    Fig. 2a
    einen Hydraulikplan eines Brennstoffleitungssystems einer Zer- stäubungsvorrichtung mit Druckpumpe;
    Fig. 2b
    einen Hydraulikplan eines Brennstoffleitungssystems einer Zer- stäubungsvorrichtung mit Dosierpumpe;
    Fig. 2c
    einen Hydraulikplan eines Brennstoffleitungssystems einer Zer- stäubungsvorrichtung im selbstansaugenden Modus;
    Fig. 3
    einen Teilbereich von koaxial zueinander angeordneten Druckluft- und Brennstoffleitungen einer Zerstäubungsvorrichtung;
    Fig. 4
    eine vergrößerte Ansicht im Bereich der Austrittsenden von koaxial zueinander angeordneten Druckluft- und Brennstoffleitungen einer Zerstäubungsvorrichtung; und
    Fig. 5
    eine schematische Darstellung der Anordnung von Druckluftlei- tungsaustrittsende und Brennstoffleitungsaustrittsende einer Zer- stäubungsvorrichtung zueinander.
    Bevorzugte Ausführung der Erfindung
  • Bei den im Folgenden dargestellten verschiedenen Ausführungsformen sind gleiche Bestandteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Fig. 1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Zerstäubungsvorrichtung 100, die mitsamt ihrem Gehäuse 50 in eine hierfür vorgesehene Ausnehmung 11a eines Heizkessels 10 eingesetzt ist. An die Ausnehmung 11a schließt sich der Brennraum 11 b des Heizkessels 10 an, wobei Brennraum 11 b und Ausnehmung 11a durch eine Luftblende 12 voneinander getrennt sind. Die Zerstäubungsvorrichtung 100 umfasst eine Druckluftleitung 20 sowie eine als Heizölleitung ausgebildete Brennstoffleitung 30. Die beiden Leitungen 20, 30 treten mit ihren Eintrittsenden 22, 32 aus dem Gehäuse 50 der Zerstäubungsvorrichtung 100 aus. Das Druckluftleitungseintrittsende 22 ist mit einer Drucklufterzeugungseinrichtung, beispielsweise einem Gebläse, verbindbar (hier nicht dargestellt). Das Brennstoffleitungseintrittsende 32 ist mit einem Brennstoffreservoir 37 verbunden (siehe Fig. 2). Beide Leitungen 20, 30 sind mit geeigneten Halterungen (hier nicht dargestellt) am Gehäuse 50 bzw. am Heizkessel 10 angebracht.
  • Am Endbereich der Druckluftleitung 20 ist eine Düse 23 vorgesehen, die zum Druckluftleitungsaustrittsende 21 hin kegelförmig zusammenläuft. Das Druckluftleitungsaustrittsende 21 ist derart benachbart zu einer Luftblendenöffnung 121 der Luftblende 12 angeordnet, dass eine aus dem Druckluftleitungsaustrittsende 21 austretende Druckluftströmung 24 im Wesentlichen vollständig durch die Luftblendenöffnung 21 hindurch in den Brennraum 11 b des Heizkessels 10 eintritt. Die Druckluftleitung 20 verläuft im Wesentlich geradlinig vom Druckluftleitungseintrittsende 22 bis zum Druckluftleitungsaustrittsende 21.
  • Die Brennstoffleitung 30 verläuft über weite Strecken vom Brennstoffleitungseintrittsende 32 an parallel zur Druckluftleitung 20 und beschreibt auf Höhe des Druckluftleitungsaustrittsendes 21 annäherungsweise einen 90°-Bogen zur Druckluftströmung 24 hin. Im Endbereich der Brennstoffleitung 30 ist eine Düse 33 vorgesehen, die zum Brennstoffleitungsaustrittsende 31 hin kegelförmig zusammenläuft. Das Brennstoffleitungsaustrittsende 31 ist geringfügig unterhalb und nach links in Strömungsrichtung der Druckluftströmung 24 betrachtet mit Bezug auf das Druckluftleitungsaustrittsende 21 angeordnet. Entsprechend ist eine Mittelachse der Düse 33 in etwa orthogenal zu einer Mittelachse der Düse 23 angeordnet. Damit befindet sich das Brennstoffleitungsaustrittsende 31 im Wirkungsbereich der Druckluftströmung 24 derart, dass die schnell am Brennstoffleitungsaustrittsende 31 vorbeiströmende Druckluftströmung 24 einen Unterdruck im Brennstoffleitungsaustrittsende 31 erzeugt. Aufgrund der Pumpwirkung in der Brennstoffleitung 30 angeordneten Dosierpumpe 34 sowie aufgrund des Unterdruckes tritt Brennstoff 35 aus dem Brennstoffleitungsaustrittsende 31 aus. Der austretende Brennstoff 35 wird von der Druckluftströmung 24 erfasst und von dieser zerstäubt, d. h. in feine Tröpfchen zerteilt. Die zerteilten Brennstofftröpfchen vermischen sich mit der Druckluftströmung und der von einer zweiten Luftströmung 53 erzeugten Umgebungsluft und bilden zusammen das Verbrennungsgemisch 40, das durch die Luftblendenöffnung 121 in den Brennraum 11 b eingesprüht wird. Das eingesprühte Verbrennungsgemisch 40 wird mittels einer an der dem Brennraum 11 b zugewandten Seite der Luftblende 12 angebrachten Zündeinrichtung 13 gezündet und verbrannt.
  • Die zweite Luftströmung 53 wird über eine Luftzuführung 52, die mit einer entsprechenden Gebläseeinrichtung o. dgl. (hier nicht dargestellt) verbunden ist und einer mit der Luftzuführung 52 zusammenwirkenden Gehäuseöffnung 51 dem Innenraum des Gehäuses 50 bzw. der Ausnehmung 11a des Heizkessels 10 zugeführt. Die zweite Luftströmung wird derart in das Gehäuse 50 bzw. die Ausnehmung 11a eingeblasen, dass sich eine spiralförmige bzw. schraubenförmige Luftströmung 53 ergibt, die von der Gehäuseöffnung 51 schräg nach vorne und an der Außenwand entlang in Form einer Spirale in Richtung Brennraum 11 b strömt. Hierdurch ergibt sich eine die Leitungen 20, 30 und insbesondere die Druckluftströmung 24 bzw. das Verbrennungsgemisch 40 einhüllende zweite Luftströmung 53. Diese zweite einhüllende Luftströmung 53 schränkt die räumliche Ausdehnung des Verbrennungsgemisches 40 bzw. der daraus entstehenden Flamme ein und sorgt so für einen besseren Ausbrand.
  • Die Dosierpumpe 34 der Brennstoffleitung 30 bewirkt, dass immer Brennstoff 35 in allen Bereichen der Brennstoffleitung 30 vorhanden ist. Ferner ist die Leistung der Dosierpumpe 34 so bemessen, dass ein gewisser Brennstoffstrom aus dem Brennstoffleitungsaustrittsende 31 hinaustritt. Grundsätzlich könnte das Brennstoffleitungsaustrittsende 31 jedoch auch weiter beabstandet von der Druckluftströmung 24 angeordnet sein, so dass der Austritt des Brennstoffes allein aufgrund der Pumpenleistung erfolgt. Wichtig ist, dass die Anordnung der beiden Austrittsenden 21, 31 zueinander derart gestaltet ist, dass der austretende Brennstoff 35 von der Druckluftströmung 24 erfasst und zerstäubt wird.
  • Fig. 2a zeigt einen Hydraulikplan einer Brennstoffleitung 30 einer Zerstäubungsvorrichtung 100. Die Brennstoffleitung 30 verläuft von einem Brennstoffreservoir 37 bis zu einem Punkt, in der sich die Leitung in einen ersten Bypass-Abschnitt 30a und einen zweiten Bypass-Abschnitt 30b aufteilt. Der erste Bypass-Abschnitt 30a weist eine Druckpumpe 34b mit nachfolgendem, im ersten Bypass-Abschnitt 30a angeordneten Drosselventil 36c auf, während der zweite Bypass-Abschnitt 30b ein Drosselventil 36b umfasst. Bei der Druckpumpe 34a kann es sich beispielsweise um eine hinlänglich bekannte Standardölpumpe handeln, die im Betrieb das Öl mit Überdruck pumpt. Im weiteren Verlauf fügen sich die beiden Bypass-Abschnitte 30a, 30b wieder zu einer einzigen Brennstoffleitung 30 zusammen, in der ein weiteres Drosselventil 36a angeordnet ist. Die hier dargestellten Drosselventile 36a, 36b, 36c haben eine festgelegte Querschnittsverringerung. Es ist grundsätzlich jedoch auch möglich, verstellbare Drosselventile zu verwenden. Im weiteren Verlauf der Brennstoffleitung 30 folgt ein elektrisch betätigbares Absperrventil 38 und am Ende der Brennstoffleitung 30 ist eine Düse 33 angeordnet, die kegelförmig in das Brennstoffleitungsaustrittsende 31 mündet. Die Brennstoffpumpe 34b ist regulierbar ausgebildet, so dass sich entsprechende Veränderungen des Pumpendruckes und die Durchflussmenge durch das Brennstoffleitungsaustrittsende 31 in Verbindung mit dem Bypass-System und den Drosselventilen 36a, 36b, 36c regulieren lassen. Das Drosselventil 36b gewährleistet, dass sich vor dem Drosselventil 36a ein deutlich geringerer Druck als der vorgewählte Druck zwischen Pumpe 34b und Drosselventil 36c einstellt und die gewünschte Ölmenge genauer dosiert werden kann. Weiterhin verhindert es, dass nicht nur Brennstoff aus dem Bypass-Abschnitt 30b, sondern auch aus dem Brennstoffreservoir 37 gefördert wird. Durch das Absperrventil 38, welches elektrisch verstellbar ist, kann das gesamte System, beispielsweise in einer Notfallsituation, abgeschaltet werden.
  • Fig. 2b zeigt einen Hydraulikplan eines alternativen Brennstoffleitungssystems einer Zerstäubungsvorrichtung 100. Die Brennstoffleitung 30 verläuft ohne Bypass-Abschnitte vom Tank 37 zur Düse 33 mit dem Brennstoffleitungsaustrittsende 31 und gibt somit nur einen einzigen Strömungsweg vom Tank 37 zum Brennstoffleitungsaustrittsende 31 vor. Das Brennstoffleitungssystem weist eine Dosierpumpe 34a auf, mittels derer diejenige Brennstoffmenge, die aus dem Brennstoffleitungsende 31 austritt, genau vorgegeben werden kann. Optional kann der Dosierpumpe 34a eine Förderpumpe 34c vorgeschaltet sein, wenn beispielsweise die Brennstoffleitung 30 über eine größere Strecke verläuft, so dass die Leistung der Dosierpumpe 34a alleine möglicherweise nicht ausreichend ist. Des Weiteren umfasst das dargestellte Brennstoffleistungssystem ebenso wie dasjenige aus Fig. 2a ein Absperrventil 38.
  • Fig. 2c zeigt einen Hydraulikplan einer weiteren alternativen Ausgestaltung eines Brennstoffleitungssystems. Bei den in Fig. 2a und 2b dargestellten System wird der Austritt des Brennstoffes aus dem Brennstoffleitungsende 31 der Brennstoffleitung 30 jeweils durch die Pumpleistung einer Dosierpumpe 34a bzw. einer Druckpumpe 34b erreicht, wobei durch die jeweilige Ausgestaltung der Systeme die Brennstoffaustrittsmenge vorgebbar bzw. dosierbar ist. Im Gegensatz hierzu stellt das Brennstoffleitungssystem gemäß Fig. 2c ein "selbstansaugendes System" dar, bei dem der Brennstoff allein durch den von der Druckluftströmung erzeugten Unterdruck aus dem Brennstoffleitungsende 31 austritt.
  • Hierfür wird Brennstoff aus einem Brennstoffreservoir 37 mittels einer Förderpumpe 34c zu einem als Zwischenspeicher 39 ausgebildeten Reservoir bzw.
  • Behälter entlang der Brennstoffleitung 30 gepumpt. Der Zwischenspeicher 39 ist zweckmäßigerweise mit einer Niveauregulierungsfunktion versehen, mittels derer die zwischengespeicherte Brennstoffmenge regulierbar ist. Von dem Zwischenspeicher 39 verläuft ein weiterer Brennstoffleitungsabschnitt 30 zu einer Düse 33 am Brennstoffaustrittsende 31. In diesem Abschnitt ist ein Absperrventil 38 vorgesehen. Somit ist auf dem Brennstoffleitungsabschnitt zwischen Zwischenspeicher 39 und Brennstoffleitungsaustrittsende 31 keine Pumpe vorgesehen und der Austritt des Brennstoffes aus dem Brennstoffleitungsaustrittsende 31 muss allein aufgrund des von außen erzeugten Unterdruckes erfolgen.
  • Fig. 3 zeigt in der Seitenansicht eine Ausführungsform, bei der die Druckluftleitung 20 und die Brennstoffleitung 30, zumindest im Bereich ihrer Austrittsenden 21, 31, koaxial zueinander angeordnet sind. Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform sind die Druckluftleitung 20 innenliegend und die Brennstoffleitung 30 außenliegend, im Sinne einer Ummantelung, angeordnet. Im Druckluftleitungsaustrittsbereich 21 ist eine düsenartige, kegelförmige Verjüngung 23 vorgesehen, nach deren Durchströmung die Druckluft aus der Leitung austritt und die Druckluftströmung 24 bildet. Die Brennstoffleitung 30 führt ein kurzes Stück in Axialrichtung über das Druckluftleitungsaustrittsende 21 hinweg, bevor sie in das Brennstoffleitungsaustrittsende 31 mündet. Eine Düse ist am Brennstoffleitungsaustrittsende 31 nicht vorgesehen. Auch bei dieser Ausführungsform wird im Bereich des Brennstoffleitungsaustrittsendes 31 ein Unterdruck erzeugt, der Brennstoff 35 aus der Brennstoffleitung 30 in den Druckluftstrom 24 hineinsaugt.
  • Fig. 4 zeigt die beiden Austrittsenden 21, 31 einer weiteren, koaxialen Ausführungsform, wobei bei dieser Ausführungsform die beiden Leitungen 20, 30 bündig zueinander abschließen und sich zu ihren Austrittsenden 21, 31 hin jeweils kegelförmig verjüngen. Im Bereich des Druckluftleitungsaustrittsendes 21 ist in der Druckluftleitung eine Druckluftstromregulierungseinrichtung 26 in Form einer Nadel vorgesehen, die in Axialrichtung verschiebbar ist. Durch Verschieben der Nadel kann die Druckluftdurchflussmenge variiert werden. Die Nadel kann manuell und/oder motorisch verschiebbar sein.
  • Fig. 5 zeigt schematisch die Anordnung von einem Druckluftleitungsaustrittsende 21 einer Druckluftleitung 20 zu einem Brennstoffleitungsaustrittsende 31 einer Brennstoffleitung 30 einer weiteren Ausführungsform einer Zerstäubungseinrichtung 100. Das Brennstoffleitungsaustrittsende 31 ist bezogen auf die Strömungsrichtung der Druckluftströmung 24 bzw. auf die Axialrichtung der Druckluftleitung 20 in einem Abstand 60 von dem Druckluftleitungsaustrittsende 21, jeweils vom Mittelpunkt beider Austrittsenden gesehen, in Strömungsrichtung angeordnet. Des Weiteren weist das Brennstoffleitungsaustrittsende 31 einen Abstand 61 von einer Mittelachse 25 der Druckluftleitung 20 auf. Der Abstand 61 kann beispielsweise 0,6 mm und der Abstand 60 kann beispielsweise 2 mm betragen.
    • Bezugzeichenliste
    • 100
    Zerstäubungsvorrichtung
    10
    Heizkessel
    11a
    Ausnehmung
    11 b
    Brennraum
    12
    Luftblende
    121
    Luftblendenöffnung
    13
    Zündeinrichtung
    20
    Druckluftleitung
    21
    Druckluftleitungsaustrittsende
    22
    Druckluftleitungseintrittsende
    23
    Düse
    24
    Druckluftströmung
    25
    Mittelachse
    26
    Druckluftstromregulierungseinrichtung
    30
    Brennstoffleitung
    30a
    erster Bypass-Abschnitt
    30b
    zweiter Bypass-Abschnitt
    31
    Brennstoffleitungsaustrittsende
    32
    Brennstoffleitungseintrittsende
    33
    Düse
    34a
    Dosierpumpe
    34b
    Druckpumpe
    34c
    Förderpumpe
    35
    Brennstoff
    36a
    Drosselventil
    36b
    Drosselventil
    36c
    Drosselventil
    37
    Brennstoffreservoir
    38
    elektrisch betätigbares Absperrventil
    39
    Zwischenspeicher
    40
    Verbrennungsgemisch
    50
    Gehäuse
    51
    Gehäuseöffnung
    52
    Luftzuführung
    53
    zweite Luftströmung
    60
    Abstand
    61
    Abstand

Claims (15)

  1. Zerstäubungsvorrichtung (100) zur Zerstäubung flüssiger Brennstoffe (35), insbesondere Heizöl, für einen Heizkessel (10) für flüssige Brennstoffe,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Zerstäubungsvorrichtung (100) eine Druckluftleitung (20) mit einem Druckluftleitungseintrittsende (22), welches mit einer Drucklufterzeugungseinrichtung verbindbar ist, und einem Druckluftleitungsaustrittsende (21) umfasst,
    dass die Zerstäubungsvorrichtung (100) eine Brennstoffleitung (30) mit einem Brennstoffleitungseintrittsende (32), welches mit einem Brennstoffreservoir (37) verbindbar ist, und einem Brennstoffleitungsaustrittsende (31) umfasst, wobei die Brennstoffleitung (30) unter geringerem Druck steht als die Druckluftleitung (20), dass insbesondere das Druckluftleitungsaustrittsende (21) und das Brennstoffleitungsaustrittsende (31) derart zueinander angeordnet sind, dass eine aus dem Druckluftleitungsaustrittsende (21) austretende Druckluftströmung (24) aus dem Brennstoffleitungsaustrittsende (31) austretenden Brennstoff (35) erfasst und zerstäubt, und dass insbesondere das Druckluftleitungsaustrittsende (21) und das Brennstoffleitungsaustrittsende (31) derart zueinander angeordnet sind, dass die aus dem Druckluftleitungsaustrittsende (21) austretende Druckluftströmung (24) einen Unterdruck im Bereich des Brennstoffleitungsaustrittsendes (31) erzeugt.
  2. Zerstäubungsvorrichtung gemäß Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Brennstoffleitung (30) im Wesentlichen drucklos, insbesondere mit einem Druck von 5 bis 200 mbar, bevorzugt von 20 bis 150 mbar, besonders bevorzugt von 50 bis 100 mbar beaufschlagt, ist, und/oder dass die Druckluftleitung (20) unter einem Druck von 0,5 bis 2 bar, bevorzugt von 0,75 bis 1,5 bar, besonders bevorzugt von 1 bar steht.
  3. Zerstäubungsvorrichtung gemäß nach Anspruch 1 oder 2
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die aus dem Druckluftleitungsaustrittsende (21) austretende Druckluftströmung (24) als Freistrahl ausgebildet ist.
  4. Zerstäubungsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zur Regulierung der Zerstäubungsrate des Brennstoffes (35) Mittel zur Regulierung der von der Druckluftströmung (24) zerstäubten Brennstoffmenge vorgesehen sind, wobei die Mittel zur Brennstoffmengenregulierung vorzugsweise Verstellmittel zur Verstellung des Abstandes zwischen Brennstoffleitungsaustrittsende (31) und Druckluftleitungsaustrittsende (21), insbesondere einen Stellmotor, und/oder eine Brennstoffstromregulierungseinrichtung, insbesondere eine Dosierpumpe (34), und/oder eine Druckluftstromregulierungseinrichtung, insbesondere ein Drosselventil (36a; 36b), umfassen.
  5. Zerstäubungsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass am Druckluftleitungsaustrittsende (21) und/oder am Brennstoffleitungsaustrittsende (31) eine Düse (23; 33), insbesondere eine kegelförmige Düse, vorgesehen ist, wobei vorzugsweise die Zerstäubungsvorrichtung (100) derart ausgebildet ist, dass die Zerstäubung des Brennstoffes (35) durch die Druckluftströmung (24) außerhalb der Düsen (23, 33) erfolgt.
  6. Zerstäubungsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Abstand (60) in Richtung der Druckluftströmung (24) zwischen dem Brennstoffleitungsaustrittsende (31) und dem Druckluftleitungsaustrittsende (21) 0 bis 5 mm, bevorzugt 1 bis 3 mm, besonders bevorzugt 1,5 bis 2,5 mm beträgt, und/oder dass der Abstand (61) zwischen einer Mittelachse (25) der Druckluftströmung (24) und dem Brennstoffleitungsaustrittsende (31) 0 bis 2 mm, bevorzugt 0,3 bis 1 mm, besonders bevorzugt 0,5 bis 0,7 mm, beträgt, und/oder dass die Brennstoffleitung (30) und die Druckluftleitung (20) zumindest bereichsweise koaxial zueinander angeordnet sind.
  7. Zerstäubungsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass Mittel zur Erzeugung einer zweiten Luftströmung (53) vorgesehen sind, wobei diese zweite, von der Druckluftströmung (24) unabhängige Luftströmung (53) derart ausgebildet und angeordnet ist, dass sie die aus dem Druckluftleitungsaustrittsende (21) austretende Druckluftströmung (24) zumindest teilweise umgibt, wobei vorzugsweise ein, insbesondere zylinderförmiges Gehäuse (50), innerhalb dessen die Zerstäubungsvorrichtung (100) angeordnet ist, vorgesehen ist, wobei die zweite Luftströmung (53) derart in den Innenraum des Gehäuses (50) einblasbar ist,
    dass sich eine schraubenförmige Luftströmung entlang der Innenoberfläche des Gehäuses (50) einstellt, und wobei vorzugsweise die zweite Luftströmung (53) einen Druck von 3 bis 15 mbar, insbesondere von 4 bis 12 mbar, aufweist.
  8. Zerstäubungsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Brennstoffleitung (30) ein oder mehrere Drosselventile (36a, 36b) umfasst.
  9. Ölbrenner,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass er eine Zerstäubungsvorrichtung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.
  10. Heizkessel (10) mit einem Ölbrenner gemäß Anspruch 9, wobei der Heizkessel (10) einen Brennraum (11b) und im Brennraum (11 b) eine Eintrittsöffnung für ein Brennstoffluftgemisch (40) aufweist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Druckluftleitungsaustrittsende (21) und das Brennstoffleitungsaustrittsende (31) derart angeordnet sind, dass der Druckluftstrahl den Brennstoff (35) außerhalb des Brennraumes (11 b) zerstäubt und das so erhaltene Brennstoffluftgemisch (40) im Wesentlichen vollständig durch die Eintrittsöffnung in den Brennraum (11 b) eintritt.
  11. Verfahren zur Zerstäubung flüssiger Brennstoffe (35), insbesondere Heizöl, umfassend folgende Schritte:
    a.) Erzeugen einer Druckluftströmung (24);
    b.) Vorsehen eines Brennstoffreservoirs (37) mit flüssigem Brennstoff (35), welches mit einer Brennstoffleitung (30) verbunden ist, wobei die Brennstoffleitung (30) einen im Vergleich zur Druckluftströmung (24) geringeren Druck aufweist;
    c.) Anordnen eines Brennstoffleitungsaustrittsendes (31) der Brennstoffleitung (30) im Bereich der Druckluftströmung (24) derart, dass aus dem Brennstoffleitungsaustrittsende (31) austretender Brennstoff (35) von der Druckluftströmung (24) erfasst und zerstäubt wird.
  12. Verfahren gemäß Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass sich zwischen dem Brennstoffleitungsaustrittsende (31) und der Druckluftströmung (24) ein Druckgefälle einstellt, aufgrund dessen der Brennstoff (35) von der Druckluftströmung (24) angesaugt wird, und/oder dass zur Regulierung der von der Druckluftströmung (24) zerstäubten Brennstoffmenge
    a.) der Abstand zwischen dem Brennstoffleitungsaustrittsende (31) und der Druckluftströmung (24) variiert wird; und/oder
    b.) der Druck in der Brennstoffleitung (30) und/oder der Druckluftleitung (20) variiert wird; und/oder
    c.) der Durchfluss durch die Brennstoffleitung (30) und/oder durch eine Druckluftleitung (20) variiert wird.
  13. Verfahren gemäß Anspruch 11 oder 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine zweite Luftströmung (53) erzeugt wird, die die Druckluftströmung (24) zumindest teilweise umgibt und deren Ausdehnung eingrenzt.
  14. Verfahren zum Betreiben eines Heizkessels (10) für flüssigen Brennstoff (35), insbesondere Heizöl, bei dem ein Brennstoff (35) durch ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13 zerstäubt und dadurch ein Brennstoffluftgemisch (40) erhalten wird, das in den Brennraum (11 b) des Heizkessels (10) eingeleitet und gezündet wird.
  15. Verbrennungsgemisch (40) bestehend aus einem zerstäubten, flüssigen Brennstoff (35), insbesondere Heizöl, und Luft, zur Verbrennung in einem Heizkessel (10),
    erhältlich durch,
    a.) Erzeugen einer Druckluftströmung (24);
    b.) Vorsehen eines Brennstoffreservoirs (37) mit flüssigem Brennstoff (35), welches mit einer Brennstoffleitung (30) verbunden ist, wobei die Brennstoffleitung (30) einen im Vergleich zur Druckluftströmung (24) geringeren Druck aufweist;
    c.) Anordnen eines Brennstoffleitungsaustrittsendes (31) der Brennstoffleitung (30) im Bereich der Druckluftströmung (24) derart, dass aus dem Brennstoffleitungsaustrittsende (31) austretender Brennstoff (35) von der Druckluftströmung (24) erfasst und zerstäubt wird,
    wobei sich bevorzugterweise zwischen dem Brennstoffleitungsaustrittsende (31) und der Druckluftströmung (24) ein Druckgefälle einstellt, aufgrund dessen der Brennstoff (35) von der Druckluftströmung (24) angesaugt wird.
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